[发明专利]改性无机填料及其制备方法、复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种通过微生物改性的改性无机填料及其制备方法，通过微生物改性的改性粉煤灰，以及通过微生物改性的改性粉煤灰复合材料及其制备方法。将无机填料、水和微生物在微生物培养基中培养后，进行固液分离，得到改性无机填料。无机填料可以为粉煤灰，改性粉煤灰复合材料的制备为将天然橡胶置于密炼机中塑炼；加入氧化锌、硬脂酸、防老剂后密炼；加入改性粉煤灰密炼；加入硫磺和硫化促进剂密炼；取出混炼胶开炼；将出片返炼后模压成型。通过微生物进行无机填料的改性，使表面形成致密微生物膜，提高其与聚合物的相容性，提高其表面粗糙度、孔隙率和比表面积，提高填料的活性，更有助于和聚合物形成稳定的复合材料。

技术领域

本发明涉及无机填料技术领域，特别是涉及一种改性无机填料及其制备方法，改性粉煤灰，改性粉煤灰复合材料及其制备方法。

背景技术

大部分无机填料有较多的孔洞结构、较高比表面积和表面活性，在高分子的无机改性填料领域具有潜在应用价值。但无机填料表面亲水，面临着与高分子材料相容性差的问题。此外，无机填料的表面能大，在加工过程中易团聚，严重影响无机填料－高分子复合材料的性能。因此，要改善无机填料在高分子材料中的相容性和分散性，必须对其进行改性。

现有技术中，对于无机填料的表面改性，常用的方法有：

1)物理法表面改性是增加填料表面凹凸度，从而增加填料的比表面积；包括低温等离子法、高能辐射线法、电子束射线法、紫外线法、离子注入法，因其中某些工艺耗能大、工艺复杂，成本高等因素，限制了工业化生产。

2)化学法表面改性是在填料表面上架接了各种官能基团，使表面具有反应活性，这种改性方法具有简单易行，而得到广泛的应用。包括包覆法、化学气相沉淀法、沉淀法、局部化学反应法。其中包覆法包括干法包覆和湿法包覆法，缺点是化学试剂现阶段较昂贵，且合成化学试剂过程中污染环境。

3)机械力化学改性是利用超细粉碎及其他强烈机械作用有目的地对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能、化学吸附和反应活性，即结合1)中的球磨和剪切作用和2)中的改性剂共同活化改性，虽然效果较为明显，但是依旧具有两者的弊端。

微生物具有在附着基上分泌致密生物膜的特性，即当一个物体浸入微生物培养液中，微生物会附着到物体表面上生长、繁殖，并形成一层微生物粘膜。利用微生物在填料表面形成的微生物膜，改善无机填料的表面性质，进而利于在高分子材料中分散、相容。其中硫酸盐还原菌是微生物腐蚀中最重要的菌，在自然界分布很广，属于典型的专性厌氧菌，在无氧状态下，SRB在还原条件下可利用SO₄^2－为电子供体，有机碳源作为电子受体，将SO₄^2－还原为H₂S，产生的H₂S可以与金属离子结合生成极难溶的金属离子硫化物沉淀，可以有效的去除金属离子，另外在较新的研究中，发现其分泌的胞外聚合物也会将金属离子。在最新的研究中发现硫酸盐还原菌会分泌一种胞外聚合物，其将金属离子络合沉淀。将硫酸盐还原菌附着在无机填料的表面后，使无机填料微粒产生密集的孔洞，提高了表面粗糙程度、孔隙率和比表面积，进而提高填料的活性，利于和高分子相容。粉煤灰属于硅铝酸盐无机材料，具有孔洞结构、密度低、有较高的表面活性和较大的比表面积。目前粉煤灰主要应用于改善土壤、土木建筑、化学提铝等行业，但是存在污染环境、附加值低、工艺成本高等问题。粉煤灰橡塑复合材料是一种新型材料，不仅提高粉煤灰的综合利用，而且可以降低填料成本，具有巨大的经济效益和社会效益。然而粉煤灰和大多数的无机填料一样由于表面存在羟基呈现亲水性，亲水性的表面与高分子材料的相容性差。另外粉煤灰表面能大，团聚现象明显，影响粉煤灰－聚合物复合材料的性能。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种通过微生物改性的改性无机填料及其制备方法，一种通过微生物改性的改性粉煤灰，以及一种通过微生物改性的改性粉煤灰复合材料及其制备方法，以解决现有技术的问题。